На кафедрах факультету під керівництвом визнаних вчених функціонують потужні наукові школи, проводяться експериментальні та теоретичні дослідження у рамках фізики твердого тіла, фізики поверхні, квантово-механічних ефектів, матеріалознавства оптоелектроніки, теорії нерівноважних систем, інформаційно-телекомунікаційних технологій тощо.
Наукова школа «Матеріалознавство мікро- і наноелектроніки» (науковий керівник – заслужений діяч науки і техніки України, д.ф.-м.н., професор Проценко І.Ю.), в рамках якої працює чотири покоління дослідників, почала розвиватися у СумДУ з 1993 року. З використанням методів просвічуючої електронної мікроскопії, електронографії, вторинної іонної мас-спектрометрії та електроопору встановлені загальні закономірності у формуванні структурно-фазового стану та у розмірних ефектах в електрофізичних і магніторезистивних властивостях одно- і багатошарових нанокристалічних плівкових систем та вплив на них процесів масоперенесення. Це дозволило розвинути теоретико-прикладний напрям плівкового матеріалознавства стосовно фізичних процесів у приладових структурах спінтроніки, мікро- і наноелектроніки. Створено та впроваджено лабораторію у варіанті віддалено-контрольованої, що дозволяє проводити дослідження та обробку експериментальних даних, зокрема через мережу Інтернет. Виконано 9 міжнародних грантових проектів спільно з науковцями із Польщі, Словакії, Словенії, Індії і Німеччини, Німеччини та отримано понад 30 індивідуальних міжнародних грантів, підготовлено 31 кандидат та 6 докторів фізико-математичних наук. У теперішній час в рамках наукової школи у СумДУ працює 6 докторів та більше 15 кандидатів фізико-математичних наук. На найближчі п’ять років заплановано захисти 3-х докторських і 6-ти кандидатських дисертацій.
Наукова школа «Модифікація поверхні» (науковий керівник – д.ф.-м.н., проф. Погребняк О.Д.). Сфера наукових інтересів концентрується, але не обмежується, такими напрямками, як іонна імплантація металів, сплавів та керамічних матеріалів, модифікація конструкційних матеріалів за допомогою електронних та іонних пучків, осадження та дослідження фізико-хімічних властивостей багатокомпонентних та багатошарових покриттів. Під керівництвом проф. Погребняка захищено 19 кандидатських та 5 докторських дисертацій. Група, керована проф. Погребняком, має найбільшу кількість міжнародних колаборацій, які реалізуються в 15 країнах світу (більше 40 індивідуальних грантів), включно із США, Японією, Францією, Португалією, Польщею тощо. Серед останніх робіт наукової групи проф. Погребняка О.Д. можна відзначити роботи з осадження і дослідження структури та властивостей багатокомпонентних нітридних покриттів та багатошарових захисних покриттів на основі нітридів та карбідів тугоплавких і перехідних металів. Такі покриття відзначаються високими захисними та трибологічними властивостями, що залежать від умов осадження та подальшої обробки за допомогою іонної імплантації або термічного відпалу, що робить їх перспективними для використання в машинобудуванні, авіаційній та космічній індустрії, ядерній енергетиці тощо. За останні 5 років науковою групою було опубліковано біля 30 статей у журналах першого та другого квартелів. Біля 10 розділів та 3 англомовних монографій. Проф. Погребняк О.Д. являється членом редколегій 6-ти наукових видань, що індексуються БД Scopus та Web of Science. У теперішній час в рамках наукової школи у СумДУ працює доктор фізико-математичних наук та близько 10 кандидатів фізико-математичних наук. На найближчі п’ять років заплановано захисти 2-х докторських і 6 кандидатських дисертацій.
Наукова школа «Оптоелектроніка та геліоенергетика» (науковий керівник – д.ф.-м.н., проф. Опанасюк А.С.). Наукові дослідження групи Опанасюка А.С. сфокусовані на дослідженні традиційних (CdTe, ZnTe, CdS, CdSe, ZnS) та нових (ZnO, MgO, ZnSe, Zn2SnO4, SnS, SnS2, Cu2ZnSnS4) напівпровідникових матеріалів, що використовуються для створення віконних, поглинаючих та струмопровідних шарів плівкових сонячних елементів, детекторів жорсткого та світлового випромінювання, газових детекторів, елементів прозорої та гнучкої електроніки. Була розроблена технологія та отримані модельні зразки плівкових сонячних елементів та детекторів жорсткого випромінювання на основі багатокомпонентних сполук, які готові до промислових випробувань. Дослідження проводяться спільно із науковцями із Північної Кореї і США, що пов’язані з вивченням процесів дефектоутворення у матеріалах та дослідження властивостей тонкоплівкових гетеропереходів на основі сполук А2В6. Під керівництвом проф. Опанасюка А.С. захищено 8 кандидатських дисертацій. У теперішній час в науковій групі в СумДУ працює доктор фізико-математичних наук та близько 10 кандидатів фізико-математичних наук. На найближчі п’ять років заплановано захисти докторської і 4 кандидатських дисертацій.
Наукова школа «Фізика релятивістської динаміки» (науковий керівник – д.ф.-м.н., проф., заслужений діяч науки і техніки України Куліш В.В.). Куліш В.В. запропонував конструкцію першого лазера на вільних електронах (ЛВЕ) (1971–1972), першовідкривач нових фізичних ефектів та автор принципово нових типів ЛВЕ та електронних прискорювачів на їх основі. Особливе місце займають фемтосекундні супергетеродинні ЛВЕ та багатоканальні ондуляторні прискорювачі. Автор теорії ієрархічних коливань та хвиль. Вперше увів принцип ієрархічної подібності як нового фундаментального закону. Під керівництвом Куліша В.В. захищено 12 кандидатських та 2 докторські дисертації. Продовжувачем даної наукової школи в СумДУ є Лисенко О.В., проф. д.ф.-м.н., завідувач кафедри прикладної математики та моделювання складних систем. Використовуючи напрацювання Куліша В.В. наукова група займається вивченням нелінійних явища в релятивістських плазмовоподібних системах з формуванням потужних надкоротких кластерів електромагнітного поля. Розглядаючи і досліджуючи множинні трихвильові параметричні резонансні взаємодії хвиль у плазмовоподібних системах та динамічну поведінку електромагнітних хвиль у супергетеродинних лазерах на вільних електронах. Під керівництвом Лисенка О.В. було захищено 4 кандидатські дисертації. На найближчі п’ять років заплановано захисти 2-х кандидатських дисертацій.
Наукова школа «Синергетична теорія стохастичних систем» (засновник – д.ф.-м.н., проф., заслужений діяч науки та техніки України Олємский О.І.). Під керівництвом Олємского О.І. захищено 3 докторські та 10 кандидатських дисертацій. Він автор 7 монографій, в тому числі 2 англійською мовою, більш 15 оглядових статей у провідних наукових журналах. У 1999 р. Президія НАН України присудила Олємскому О.І. премію імені С.І. Пекаря за цикл праць «Фазові перетворення і неоднорідні структури у впорядкованих системах». Дану школу у СумДУ у теперішній час розвивають два доктори фіз.-мат. наук Хоменко О.В. (учень Олємского О.І.) та Ляшенко Я.О. (учень Хоменка О.В.), які працюють професорами кафедри прикладної математики та моделювання складних систем. За останні 2 роки за цією тематикою було захищено 3 кандидатських та докторська дисертаці. Дослідження ведуться в напрямі вивчення фазових перетворень в ультратонкій плівці мастила, стохастичних систем з адитивним і мультиплікативним шумами та системи, що самоорганізуються. Нерівноважні відкриті системи, зокрема отримання нанокристалів методом інтенсивної пластичної деформації, нелінійні явища в конденсованій речовині, трибологічні явища у нанорозмірних системах, у тому числі тертя металевих наночастинок по поверхні графену, тертя льоду – також знаходяться в зоні інтересів даної наукової групи. На найближчі п’ять років заплановано захисти докторської та 4-х кандидатських дисертацій.
Науковий напрям «Складно-спінові магнітні наноструктури» (науковий керівник – д.ф.-м.н., професор Денисов С.І.). Показано, що циркулярно-поляризоване імпульсне магнітне поле може зменшити час переорієнтації магнітного моменту в декілька разів. Це дозволить суттєво зменшити час запису інформації у запам’ятовуючих пристроях нового покоління на базі магнітних наночастинок. Виконано грант 6-ї Рамкової Програми Європейського Союзу «Nanospin» у складі міжнародного консорціуму. Підготовлено 5 кандидатів фізико-математичних наук.
Одним із найбільш вагомих результатів роботи є створення теорії транспорту наночастинок в рідкій матриці, яка базується на новому, раніше не передбачуваному механізмі виникнення їх однонаправленого руху завдяки ефекту Магнуса. Оскільки зазначені системи лежать в основі ряду існуючих і перспективних технологій, результати проекту можуть бути використаними, наприклад, в медицині (магнітна гіпертермія ракових пухлин), оборонних технологіях (нові поглинаючі матеріали) та наноелектроніці (надщільний запис інформації).
Науковий напрям «Інтелектуальні інформаційні технології аналізу даних на основі машинного навчання та розпізнавання образів» (науковий керівник – д.т.н., проф. Довбиш А.С.) У теперішній час відбувається стрімкий перехід від інформаційного суспільства до знання-орієнтованого. В цьому суспільстві світовий валовий продукт буде створюватися шляхом використання інтелектуальних інформаційних технологій, які моделюють когнітивні процеси людини при прийнятті рішень. На кафедрі комп’ютерних наук створено так звану інформаційно-екстремальну інтелектуальну технологію (ІЕІ-технологію) аналізу даних, яка ґрунтується на максимізації інформаційної спроможності системи керування в процесі її машинного навчання. На відміну від відомих методів інтелектуального аналізу даних, включаючи штучні нейронні мережі, методи інформаційно-екстремального машинного навчання є практично інваріантними до багатомірності даних. Цей факт відкриває широкі перспективи для застосування методів ІЕІ-технології в задачах аналізу великих обсягів даних. Використання одержаних результатів для автоматизації складних технологічних процесів, розпізнавання зображень медичних і біологічних об’єктів, розпізнаванню об’єктів на місцевості бортовими системами безпілотних літальних апаратів тощо підтверджують перспективність розвитку цього напряму. За результатами досліджень захищено одну докторську та вісім кандидатських дисертацій.